露天礦山爆破降塵技術(shù)應(yīng)用研究

葛玉杰

（河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司承德柏泉鐵礦，河北 承德 067000）

目前，爆破作業(yè)采用的干式抑塵措施對(duì)呼吸性粉塵效果并不理想，并伴有二次揚(yáng)塵的問題;噴霧措施的抑塵效果相對(duì)較好，但是用水量過大導(dǎo)致成本過高，且作業(yè)區(qū)范圍的粉塵濃度難以達(dá)到職業(yè)健康標(biāo)準(zhǔn)。水壓爆破作為一種在孔中采用水作耦合介質(zhì)的爆破方式，能夠利用水介質(zhì)高效傳遞爆炸能量及其產(chǎn)生的水霧進(jìn)行降塵。但是，露天料場開挖爆破的炮孔孔壁與孔底大多難以防滲漏，傳統(tǒng)水壓爆破采用水袋作為堵塞介質(zhì)費(fèi)時(shí)費(fèi)工，需要從爆破工藝進(jìn)行改進(jìn)[1-3]。

1 降塵技術(shù)原理介紹

（1）水降塵技術(shù)及其原理。爆破揚(yáng)塵的粒度分布情況及塵粒運(yùn)動(dòng)特性：①爆破揚(yáng)塵的塵粒粒徑分布情況。根據(jù)調(diào)查顯示，應(yīng)用鉆孔爆破方式來處理介質(zhì)，有可能會(huì)在鉆孔爆破使用的產(chǎn)生較多的氣體和粉塵，這些粉塵在風(fēng)里的作用下會(huì)漂浮在空氣中，還可能會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境產(chǎn)生較大的影響。②單顆塵粒在氣流中的運(yùn)動(dòng)情況[1]。通過調(diào)查研究得知，單顆塵粒大氣中有兩種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。第一種是受到風(fēng)力作用在空氣中自由飄動(dòng)；第二種是排除風(fēng)作用自身重力的作用下導(dǎo)致粉塵在空氣中飄動(dòng)。為有效減少空氣中粉塵這時(shí)就要應(yīng)用有效的方式讓粉塵聚集并沉降。

（2）塵流中塵粒間的作用力。粉塵在空氣中漂浮時(shí)不僅會(huì)受到風(fēng)力的干擾，還有可能被其他力作用。除此之外，粉塵顆粒空氣中懸浮時(shí)可能會(huì)發(fā)生碰撞，這種力也是不能忽視的。①第一種塵土的作用力范德華力FM。在物理學(xué)中，對(duì)范德華力進(jìn)行分析能夠?qū)Ψ蹓m顆粒的運(yùn)動(dòng)分析有著一定的促進(jìn)作用。站在微觀角度上來說，范德華力是原子核周圍的電子云造成的。②靜電力FM。靜電力FM大多數(shù)是由于電位差、庫倫力造成。③液體橋聯(lián)力FL。液橋力通常情況下是有曲面產(chǎn)生的壓力以及表面張力共同構(gòu)成的。通過對(duì)有關(guān)資料進(jìn)行研究可知，上述三種力均有可能作用于粉塵顆粒中。這三種力能夠讓粉塵聚集到一起并沉降到地面中。通過有效分析得知這三種力的作用力和顆粒的大小有著線性關(guān)系。凝聚力會(huì)一直增大。

2 水袋封堵降塵技術(shù)的應(yīng)用

在水袋封堵降塵技術(shù)中，要充分了解到水袋的重要性。水袋本身所具有的參數(shù)會(huì)影響著降塵的效率。水袋的厚度會(huì)對(duì)水霧的擴(kuò)散造成一定的影響。除此之外，水袋的大小和安置的位置都會(huì)對(duì)降塵帶來一定的影響。因此進(jìn)行水袋封堵降塵時(shí)要嚴(yán)格把握水袋的用法[4]。

（1）選擇水袋。進(jìn)行水袋封堵降塵技術(shù)時(shí)，要注重對(duì)水袋的應(yīng)用和選擇。通常情況下，水袋所應(yīng)用的原材料是塑料和乳膠。這些原材料會(huì)嚴(yán)重影響周邊環(huán)境。現(xiàn)階段，我國所用的爆破水袋是應(yīng)用ldp制成，擁有一定的環(huán)保性，進(jìn)行使用時(shí)能夠像之前的水袋一樣擁有抗壓性，同時(shí)還具有可分解性減少了對(duì)自然環(huán)境的污染。

（2）確定水袋壁的厚度。水袋的厚度影響的是水霧的擴(kuò)散，無論過厚還是過薄都很容易產(chǎn)生問題。目前，市場中銷量較高的水袋厚度在0.03mm～0.055mm范圍內(nèi)，但是進(jìn)行研究得知更為合適的厚度還要在上述基礎(chǔ)上加上0.033mm才行。

（3）水袋長徑比設(shè)計(jì)。為有效進(jìn)行降塵，還需要注意水袋的長徑比設(shè)計(jì)。在進(jìn)行注水時(shí)，要保障蓄水直徑和鉆孔直徑相等。另外，還要保障長徑比和鉆孔直徑相當(dāng)。這種做法主要是由于水袋在爆炸時(shí)會(huì)造成一定的沖擊力。實(shí)際進(jìn)行降塵時(shí)，水袋中的水以霧滴進(jìn)行噴灑，這時(shí)要對(duì)霧滴的直徑展開管理，有效加強(qiáng)降塵效率。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得知，水大長徑比和畜水量有著一定的線性關(guān)系，在水袋爆炸時(shí)，產(chǎn)生的沖擊力被水吸收，進(jìn)而形成水霧向空氣中噴灑水霧和粉塵，有效融合達(dá)到降塵目的。除此之外，水霧霧滴的噴灑速度跟長徑比也有著一定的關(guān)聯(lián)。總之，要在合適的范圍之內(nèi)，對(duì)水大長徑比進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)，保障水袋霧滴能夠均勻噴灑和排列，以便達(dá)到更好的降塵效果。

（4）固有填塞長度下水袋的參數(shù)。在進(jìn)行除塵時(shí)，為有效得到水袋參數(shù)和安裝位置的降塵效率進(jìn)行了有效的實(shí)驗(yàn)。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)用了不同的水袋參數(shù)，在不同位置的情況下對(duì)填塞長度進(jìn)行了確認(rèn)。

（5）鉆孔巖粉及被爆物體表面粉塵的處理。在展開爆破前要做準(zhǔn)備工作及對(duì)鉆孔和被爆破物體展開有效的濕潤處理，用水來緩解粉塵向大氣中彌漫，這樣也減少了后期的工作量，達(dá)到了很好降塵的效率。

3 水炮車噴水技術(shù)應(yīng)用

水炮車噴水是指爆區(qū)爆前噴水由爆破技術(shù)員與運(yùn)礦車間水車司機(jī)共同完成，水車由爆區(qū)負(fù)責(zé)技術(shù)員與調(diào)度室預(yù)定，預(yù)定時(shí)說明爆區(qū)地點(diǎn)和水車到達(dá)爆區(qū)的時(shí)間和需要的水量，一般方量1萬t以下使用20t水，方量1萬t～3萬t使用40t水，方量3萬t以上使用80t水，能達(dá)到很好的降塵效果。爆破技術(shù)員全程指揮水車的行進(jìn)路線和噴水方向。噴水量根據(jù)爆破方量和爆區(qū)地質(zhì)條件確定。噴水后采面做到低洼處有積水，高處地面以下10cm呈濕潤狀態(tài)。①正常爆區(qū)噴水。為節(jié)省爆破過程時(shí)間，一般先噴臺(tái)階根部4m～5m處，水車與臺(tái)階根部保持一定安全距離，防止噴水時(shí)落石砸水車，然后噴射爆堆前撲的30m～40m范圍。然后噴爆區(qū)表面，噴水時(shí)先噴巖粉最細(xì)的渣面，最后大范圍的掃射。②邊坡爆區(qū)噴水。遠(yuǎn)景南幫噴水時(shí)，要先噴邊坡區(qū)域，重點(diǎn)噴射山皮土與巖石夾生的位置，水量要足。③邊幫爆區(qū)噴水。在有落石可能的邊幫爆區(qū)時(shí)，要先噴水，后連接起爆網(wǎng)絡(luò)，防止噴水時(shí)落石砸斷導(dǎo)爆管。④塌陷區(qū)爆區(qū)噴水。塌陷區(qū)爆區(qū)噴水時(shí)，要盡量避開孔口。噴水量也要嚴(yán)格控制，防止孔口塌陷，擠壓導(dǎo)爆管。同時(shí)防止有水滲入藥柱，影響爆破效果，避免爆破產(chǎn)生大量黃煙。注意事項(xiàng)：①技術(shù)員指揮水車時(shí)隨時(shí)與司機(jī)溝通，確保噴射位置到位、水量合適。②技術(shù)員指揮水車時(shí)，盡量站在風(fēng)向的上風(fēng)口。③冬季爆區(qū)噴水時(shí)注意噴后結(jié)冰的問題，應(yīng)盡量起爆網(wǎng)絡(luò)連接完好后噴水。④碎石較多的爆區(qū)噴水時(shí)，應(yīng)避免直射導(dǎo)爆管位置，要向上噴射，使水柱自然下落，防止高速水流沖擊碎石，砸斷導(dǎo)爆管。⑤遠(yuǎn)景采區(qū)南幫明顯位置爆破時(shí)，為防止煙塵騰起，可采取放擠壓爆破方式。

4 水霧抑塵車技術(shù)應(yīng)用

水霧抑塵車應(yīng)用主要是指爆破過程中，利用高壓氣體在極短的時(shí)間將水從水罐內(nèi)噴出形成水霧降低爆破過程中形成的煙塵。水霧抑塵車的載水量大概8t，空壓機(jī)風(fēng)壓為17Mpa，經(jīng)試驗(yàn)水霧噴出持續(xù)時(shí)間大約20s，水霧噴射有效距離50m左右，水霧抑塵車所在位置一般距離主爆區(qū)最后一排孔14m左右，在起爆指令發(fā)出后，利用遠(yuǎn)程遙控水霧噴出7s左右后，爆區(qū)在執(zhí)行起爆命令[5-7]。

5 露天礦山開采安全生產(chǎn)技術(shù)分析

5.1 做好分層開采工作

露天礦山常常會(huì)發(fā)生塌方事故，帶來巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。采挖露天礦山過程中，將原有的巖層結(jié)構(gòu)的應(yīng)力平衡破壞，導(dǎo)致圍巖應(yīng)力分布不均或者重新分布。如果已經(jīng)采空的位置，周圍巖石難以承受地壓，則可能發(fā)生塌方災(zāi)害。露天礦山的采礦方式不合理、露天礦山地質(zhì)構(gòu)造多變、露天礦山監(jiān)管不嚴(yán)等問題也容易造成露天礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。開采露天礦山應(yīng)遵循分層開采模式，從上到下開采是基本原則。開采露天礦山應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)條件采用不同的作業(yè)方式。各種作業(yè)方式的技術(shù)要求、安全要求有著明確的規(guī)定。目前很多中小型露天礦山的開采簡單粗暴，急功近利，極為原始，不遵守分層開采規(guī)程。部分露天礦山從高階段開采，動(dòng)輒數(shù)十米、上百米，開采高度超過相關(guān)規(guī)定，屬于違規(guī)開采，導(dǎo)致露天礦山存在嚴(yán)重的安全隱患，重大事故時(shí)有發(fā)生。對(duì)于露天礦山，基本的分層開采原則應(yīng)為煤礦最基礎(chǔ)的規(guī)程，是整改露天礦山安全開采的首要任務(wù)。

5.2 完善運(yùn)輸系統(tǒng)

露天礦山開采中用到的各類機(jī)械設(shè)備是比較容易造成安全事故的因素。如果這些設(shè)備的安全防護(hù)措施不到位或者設(shè)備存在缺陷以及人員操作問題，都容易引發(fā)機(jī)械傷害。特別是在露天礦山運(yùn)輸設(shè)備中，如果設(shè)備維護(hù)不當(dāng)或者操作原因?qū)е路囎曹嚕瑫?huì)對(duì)工作人員造成傷害。完善運(yùn)輸系統(tǒng)是保證露天礦山安全開采的重要因素。合理的運(yùn)輸方案能夠幫助露天礦山獲取較高經(jīng)濟(jì)效益。運(yùn)輸系統(tǒng)一旦確立，在開采過程中不易改變，必須在設(shè)計(jì)初期就將安全措施因素考慮進(jìn)去。露天礦山的地質(zhì)條件、地形條件、預(yù)計(jì)采用的開采方式、采礦規(guī)模、周邊環(huán)境等各種因素，都對(duì)運(yùn)輸系統(tǒng)提出了要求。只有適應(yīng)露天礦山的實(shí)際情況，滿足運(yùn)輸方便快捷、系統(tǒng)安全穩(wěn)定、勞動(dòng)保護(hù)到位等各方面條件，才能保證后續(xù)開采有備無患。在分層開采原則下，選擇便于開采運(yùn)輸使用、路線最短、安全性最好的方案，落實(shí)運(yùn)輸方案，驗(yàn)證可操作性，提高整個(gè)系統(tǒng)的安全性。

5.3 完善廢石排棄

開采露天礦山時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量廢石，如果隨意排棄，或者排棄場地設(shè)置不合理，就容易引發(fā)礦區(qū)泥石流。如果有人進(jìn)入不合規(guī)的排棄場，也容易受到傷害。應(yīng)不斷完善露天礦山的廢石排棄，在安全整改中予以重視。露天礦山建設(shè)中避免廢石排棄對(duì)人們?cè)斐蓚Γ瑧?yīng)該在排棄場設(shè)計(jì)選址時(shí)就考慮到。對(duì)排棄場發(fā)生泥石流的條件進(jìn)行分析，避免此類條件起作用，使之不具備發(fā)生泥石流的條件。但是也要考慮到，一旦因?yàn)閺?fù)雜因素發(fā)生泥石流，也要避免對(duì)露天礦山其他區(qū)域帶來的重大影響，不能危及工人安全。排棄場的選擇要從礦山的地質(zhì)條件、地形條件、水溫條件、工程條件等各方面入手，規(guī)避不利因素，選擇建造在條件適宜的區(qū)域。

5.4 確定生產(chǎn)因素

大量的露天礦山開采經(jīng)驗(yàn)以及研究表明，生產(chǎn)要素的確定是保證露天礦山開采規(guī)范程度的基礎(chǔ)，是安全生產(chǎn)的保證。生產(chǎn)要素包括開采臺(tái)階的位置、高度、角度、工作平臺(tái)寬度、工作線長度等，通過生產(chǎn)要素可以確定開采工作面如何布置，這些信息都會(huì)影響到開采安全，應(yīng)依據(jù)規(guī)范來確定。目前很多露天礦山對(duì)生產(chǎn)要素的控制不夠重視，隨意開采，應(yīng)該進(jìn)行整改糾正，否則露天礦山安全問題仍然嚴(yán)重。生產(chǎn)要素的確定不夠科學(xué)合理，則容易在開采期間就引發(fā)塌方、泥石流等問題，帶來嚴(yán)重的安全隱患，并且通過謹(jǐn)慎操作嚴(yán)守操作規(guī)程也無法避免發(fā)生此類安全問題，屬于露天礦山“先天性”問題。露天礦山生產(chǎn)因素的確定也和邊坡穩(wěn)定度有關(guān)。開采完成后的邊坡穩(wěn)定性體現(xiàn)在開采期間內(nèi)。開采期內(nèi)剝離量搬運(yùn)越少，則安全性越好。如果幫坡角的選擇是比較陡峭的，開采完成后要將坡頂不穩(wěn)定的巖石土壤等剝離，避免留下安全隱患[8-10]。

6 結(jié)語

在露天礦山的爆破項(xiàng)目當(dāng)中，充分利用數(shù)字化測繪，能夠準(zhǔn)確分析爆破區(qū)域具體情況，提高工程各項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用的科學(xué)性，為爆破工作順利開展提供有力保障。因此，可結(jié)合露天礦山實(shí)際情況，合理應(yīng)用數(shù)字化測繪，同時(shí)還需將爆破過程的安全問題考慮其中，明確主要安全問題，制訂解決之策，依托數(shù)字化測繪，使爆破工作更加高效和安全。